半導(dǎo)體基板的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本申請(qǐng)主張基于2013年7月5日申請(qǐng)的日本國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)第2013-142151號(hào)的優(yōu)先權(quán)。該申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容通過(guò)參照而引用于該說(shuō)明書(shū)中。本說(shuō)明書(shū)中，公開(kāi)涉及具備接合強(qiáng)度高的接合面的半導(dǎo)體基板的制造方法的技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]作為下一代(次期)功率器件的基板材料的候補(bǔ)可舉出碳化硅(以下記載為SiC)，基板自身的制造成本變高，成為實(shí)用化的障礙。與此相對(duì)地，若僅器件形成層部使用品質(zhì)好的單結(jié)晶SiC并通過(guò)某種方法將其固定于支承基板(具有器件制造工序所能夠承受的強(qiáng)度/耐熱性/清潔度的材料:例如Poly-SiC)，則能夠制成兼具低成本(支承基板部)與高品質(zhì)(SiC部)的基材。作為為了實(shí)現(xiàn)上述構(gòu)造而能夠應(yīng)用的現(xiàn)有技術(shù)，存在基板接合?；褰雍献鳛榘雽?dǎo)體集成電路制成技術(shù)、MEMS制成技術(shù)而使用，主要為了用于將硅基板彼此或者與硅基板不同的種類(lèi)材料的基板接合。該基板接合大致分為經(jīng)由粘合材料/金屬等異物的“間接接合”、和不經(jīng)由這些的“直接接合”，但為了相對(duì)于半導(dǎo)體器件材料用途的基板，避免由粘合材料、金屬等引起的污染的影響，優(yōu)選使用“直接接合”。直接接合的相關(guān)技術(shù)例如以下的文獻(xiàn)中有公開(kāi)。日本特開(kāi)2009-117533號(hào)公報(bào)中，公開(kāi)有在接合前的SiC基板表面實(shí)施了等離子體活性化處理后使基板表面彼此接觸，其后實(shí)施加熱處理由此形成接合的接合基板的制造法。該情況下，接觸前的基板表面具有親水性，因此在接合形成后的接合界面形成有以導(dǎo)入的水為起因的氧化膜。另一方面，Applied Physics Letters,Vol.64,N0.5,31 1994中，公告有在接合前的Si基板表面實(shí)施使用了被稀釋的氟化氫水溶液的不浸潤(rùn)處理后使基板表面彼此接觸，其后實(shí)施加熱處理由此形成接合的基板接合法。該情況下，在接合界面不存在水，能夠得到接合基板而不導(dǎo)致在接合界面形成氧化膜。
[0003]但是，在使用日本特開(kāi)2009-117533號(hào)公報(bào)的制造法制成接合基板的情況下，由于形成于接合界面的氧化膜的影響，在立式功率半導(dǎo)體器件用途中，具有基板垂直方向的電阻增大等問(wèn)題。另外相對(duì)于SiC的器件制成工序的加熱處理溫度(>1200°C)，具有界面構(gòu)造不穩(wěn)定等問(wèn)題。另一方面，在使用Applied Physics Letters,Vol.64,N0.5,31 1994的基板接合方法制成接合基板的情況下，必須進(jìn)行接合的基板表面的不浸潤(rùn)，SiC是化合物半導(dǎo)體，因此與由單一元素構(gòu)成的Si不同，根據(jù)在基板表面露出的原子的種類(lèi)不同基板表面的電荷狀態(tài)也不同。因此，在Applied Physics Letters,Vol.64,N0.5,31 1994所使用的方法中，基板表面的較廣范圍內(nèi)得到一樣的不浸潤(rùn)性是困難的。另外，與在接合形成經(jīng)由了中間層的間接接合不同，直接接合中接合形成前的基板表面形狀(粗糙度)對(duì)有效接合面積帶來(lái)直接的影響。因此存在需要使接合面的表面粗糙度非常小等限制。但是，關(guān)于SiC基板的表面平坦化，除了上述的基板表面的電荷狀態(tài)的不均勻性之外，由于基板內(nèi)所包含的結(jié)晶缺陷的影響，在與Si基板比較的情況下表面平坦性低。因此有效接合面積降低，結(jié)果得到能夠承受半導(dǎo)體工序的接合強(qiáng)度是困難的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本說(shuō)明書(shū)中，公開(kāi)半導(dǎo)體基板的制造方法。該半導(dǎo)體基板的制造方法具備對(duì)支承基板的表面進(jìn)行改質(zhì)而形成第一非晶質(zhì)層并且對(duì)半導(dǎo)體的單結(jié)晶層的表面進(jìn)行改質(zhì)而形成第二非晶質(zhì)層的非晶質(zhì)層形成工序。另外，具備使第一非晶質(zhì)層與第二非晶質(zhì)層接觸的接觸工序。另外，具備對(duì)第一非晶質(zhì)層與第二非晶質(zhì)層接觸的狀態(tài)的支承基板以及單結(jié)晶層進(jìn)行熱處理的熱處理工序。
[0005]上述方法中，通過(guò)非晶質(zhì)層形成工序，能夠在支承基板的表面形成第一非晶質(zhì)層并且在單結(jié)晶層的表面形成第二非晶質(zhì)層。非晶質(zhì)層是成為原子不具有結(jié)晶構(gòu)造那樣的規(guī)則性的狀態(tài)的層。通過(guò)在第一非晶質(zhì)層與第二非晶質(zhì)層接觸的狀態(tài)下進(jìn)行熱處理工序，能夠使第一非晶質(zhì)層以及第二非晶質(zhì)層再結(jié)晶。第一非晶質(zhì)層與第二非晶質(zhì)層再結(jié)晶而成為一體，因此支承基板與單結(jié)晶層通過(guò)共價(jià)結(jié)合能夠穩(wěn)固地接合。由此，能夠不導(dǎo)致在接合界面形成氧化膜而使支承基板與單結(jié)晶層的接合界面的不連續(xù)性消失。
[0006]另外，例如所謂的直接接合等方法使用原子力等基板表面間引力，因此需要使接合的原子彼此接近至數(shù)納米以?xún)?nèi)，從而需要使接合面的表面粗糙度非常小。另一方面，上述方法中，將接合面改質(zhì)為非晶質(zhì)層。非晶質(zhì)層存在具有懸空鍵的原子，因此與不具有懸空鍵的結(jié)晶層相比原子的流動(dòng)性高。因此，形成非晶質(zhì)層的原子流動(dòng)，由此在填埋形成于第一非晶質(zhì)層與第二非晶質(zhì)層的接觸面的空間后，能夠使該非晶質(zhì)層再結(jié)晶。即上述方法中，接合不需要表面間引力，因此在表面粗糙度比直接接合法所要求的接合面的表面粗糙度大的情況下，也能夠得到可承受半導(dǎo)體工序等的接合強(qiáng)度。
[0007]根據(jù)本說(shuō)明書(shū)所公開(kāi)的技術(shù)，能夠提供相對(duì)于基板表面的平坦化困難的基板也不導(dǎo)致在接合界面形成氧化膜并且具有接合強(qiáng)度高的接合面的半導(dǎo)體基板的制造方法。
【附圖說(shuō)明】
[0008]圖1是表示接合基板的制造方法的流程圖。
[0009]圖2是接合基板的立體圖。
[0010]圖3是接合基板的制造工序的說(shuō)明圖。
[0011 ]圖4是接合基板的制造工序的說(shuō)明圖。
[0012]圖5是接合基板的制造工序的說(shuō)明圖。
[0013]圖6是接合基板的制造工序的說(shuō)明圖。
[0014]圖7是接合基板的制造工序的說(shuō)明圖。
[0015]圖8是接合基板的制造工序的說(shuō)明圖。
[0016]圖9是接合界面的TEM圖像。
[0017]圖10是表面粗糙度的分析數(shù)據(jù)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]以下，記載本說(shuō)明書(shū)所公開(kāi)的實(shí)施例的技術(shù)的特征的幾個(gè)。此外，以下所記載的事項(xiàng)分別單獨(dú)具有技術(shù)的有效性。
[0019](特征1)上述的半導(dǎo)體基板的制造方法中，優(yōu)選，單結(jié)晶層是單結(jié)晶SiC，支承基板是多結(jié)晶SiC。多結(jié)晶SiC與單結(jié)晶SiC相比廉價(jià)，因此與僅由單結(jié)晶SiC形成的基板相比能夠制造減少制造成本的S i C基板。
[0020](特征2)優(yōu)選，第一非晶質(zhì)層以及第二非晶質(zhì)層含有Si和C。由此，在例如其組成比率幾乎為1:1的情況下，在使第一非晶質(zhì)層以及第二非晶質(zhì)層再結(jié)晶的情況下，能夠形成SiC結(jié)晶。
[0021](特征3)上述的半導(dǎo)體基板的制造方法中，優(yōu)選，非晶質(zhì)層形成工序通過(guò)在真空中照射原子能級(jí)的粒子來(lái)進(jìn)行。優(yōu)選，在進(jìn)行了非晶質(zhì)層形成工序的真空中繼續(xù)進(jìn)行接觸工序。通過(guò)在真空中照射原子能級(jí)的粒子，能夠除去存在于支承基板的表面、半導(dǎo)體的單結(jié)晶層的表面的氧化膜、吸附層。另外，通過(guò)在真空中進(jìn)行接觸工序，能夠使除去了氧化膜、吸附層的清潔的面彼此接合。由此，能夠在熱處理工序后進(jìn)行作為基材的基板彼此的共價(jià)結(jié)合的形成，能夠使支承基板與單結(jié)晶層的接合界面的不連續(xù)性消失。
[0022](特征4)非晶質(zhì)層的厚度越厚，越能夠提高填埋形成于第一非晶質(zhì)層與第二非晶質(zhì)層的接觸面的空間的能力。另一方面，非晶質(zhì)層的厚度越厚，非晶質(zhì)層的再結(jié)晶所需要的熱預(yù)算越增大。上述的半導(dǎo)體基板的制造方法中，優(yōu)選，進(jìn)一步具備根據(jù)支承基板的表面粗糙度以及單結(jié)晶層的表面粗糙度決定第一非晶質(zhì)層以及第二非晶質(zhì)層的厚度的非晶質(zhì)層厚度決定工序。優(yōu)選，非晶質(zhì)層非晶質(zhì)層形成工序形成具有由厚度決定工序決定的厚度的第一非晶質(zhì)層以及第二非晶質(zhì)層。由此，為了填埋形成于接觸面的空間能夠以適當(dāng)?shù)暮穸瓤刂频谝环蔷з|(zhì)層以及第二非晶質(zhì)層的厚度。因此，能夠抑制熱預(yù)算的增大。
[0023](特征5)上述的半導(dǎo)體基板的制造方法中，優(yōu)選，第一非晶質(zhì)層的厚度在支承基板的表面的算術(shù)平均粗糙度的1倍?20倍的范圍內(nèi)。優(yōu)選，第二非晶質(zhì)層的厚度在單結(jié)晶層